Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung für ein Regionalflugzeug - Anforderungen und Auslegung

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1 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung für ein Regionalflugzeug - Anforderungen und Auslegung FLUIDON Konferenz 2014 André Rauch, Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH

2 Inhalt Die Firmengruppe Liebherr Die Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH Anforderungen Flugzeugfahrwerkssystem Anforderungen Lenkungssystem Architektur Vorgehensweise bei der Auslegung Anwendungen der Simulation Zusammenfassung und Ausblick 2 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

3 Die Firmengruppe Liebherr Gründung des Unternehmens durch Dr.-Ing. E.h. Hans Liebherr im Jahr 1949 Firmengruppe heute: über 130 Gesellschaften weltweit rund Mitarbeiter 9 Mrd. Euro Umsatz (2013) Dezentraler Aufbau mit überschaubaren, eigenverantwortlichen Unternehmenseinheiten (Spartenstruktur) Dachgesellschaft: Liebherr-International AG, Bulle/Schweiz 3 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

4 Die Firmengruppe Liebherr Vielfältiges Produktspektrum 4 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

5 Die Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH Standort: Lindenberg im Allgäu (Landkreis Lindau am Bodensee) Mitarbeiter 2013: über 2700 Umsatz 2013: 580 Mio. Euro Produktprogramm: Flugsteuerungssysteme Betätigungssysteme Fahrwerkssysteme Liebherr-Fahrwerkskomponenten 5 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

6 Anforderungen Flugzeugfahrwerkssystem Anforderungen an ein Flugzeugfahrwerkssystem eines Regionalflugzeuges: Energieaufnahme des Landestoßes Manövrierfähigkeit und Stabilität am Boden (Rollen, Schleppen, Lenken, Bremsen) Betätigungssystem zum Einziehen während des Reisefluges Kleiner Einbauraum und geringes Gewicht Hohe Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit Bombardier 6 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

7 Anforderungen Lenkungssystem Vorgabe der Führungsgröße durch Handrad und Ruderpedal (Pilot und Copilot) Hydraulische Betätigung und elektro-hydraulische Regelung (Steer-by-Wire) Ausreichender Lenkwinkel (erforderlich für enges Kurvenrollen des Flugzeugs) Entkoppeln des mechanischen Systems zum Schleppen (Towing) Erreichen der geforderten Lenkrate bei maximalem Bodenmoment unter verschiedenen Betriebsbedingungen (Temperatur, Versorgungsdruck) Gutes Führungsverhalten und ausreichende Stabilität des Regelkreises Schnelles Abschalten der Regelung im Fehlerfall (Bypass-Mode) 7 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

8 Architektur - Mechanisch 8 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

9 Architektur - Hydraulisch und Elektrisch 9 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

10 Vorgehensweise bei der Auslegung Definition der Systemarchitektur (elektrisch, hydraulisch und mechanisch) Ermittlung des maximal erforderlichen Bodenmoments Statische Auslegung des Lenkmotors (Zylinderdurchmesser, Zahnstangengeometrie) Definition der Anforderungen an den hydraulischen Ventilblock (inkl. Servoventil) Dynamische Simulation der Lenkung mit Lastkurven Stabilitätsbetrachtung des Regelkreises Simulation verschiedener Manöver auf Flugzeugebene 10 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

11 Anwendungen der Simulation Leistungsberechnung Lenkung Supply Q1 Q_supply Inlet check valve Lenkungsmodell mit Vorgabe von Druckversorgung p_supply Pipe3 V14 V11 Filter Compensator 1 2 V03 v_comp x_comp V01 SPCV Temperatur Bodenmoment Return Q2 p_return Pipe4 V09 Q10 CRV V10 Enable Valve1 Lenkwinkelvorgabe V04 CPCV Q_Leak_BPV Ergebnis: BPV leakage Lenkgeschwindigkeit Interne Drücke ASR1 Q8 V07 Q_Leak_EHSV BPV1 EHSV_Leakage V06 BPV2 V08 BPV3 Volumenströme x_ehsv Q_EHSV1 PT2 EHSV Q_EHSV2 Q9 ASR2 11 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

12 Anwendungen der Simulation Leistungsberechnung Lenkung Zeit / s p_mot_rh.druck 0 bis 200 bar p_mot_lh.druck 0 bis 200 bar Zeit / s Steer_Ang_Vel.Wert 0 bis 50 deg/s Zeit / s Q_supply.Wert 0 bis 20 l/min I_EHSV.Wert -10 bis 10 ma 12 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

13 Anwendungen der Simulation Lastermittlung eines Lenkungsmanövers Gesamtflugzeugmodell mit Vorgabe von Vorwärtsgeschwindigkeit Lenkwinkelvorgabe Flugzeug-Massenkonfiguration Multibody Simulation Model A/C Model Tire Model Hydraulic and Control Model Steering System Control Model Modell berücksichtigt Flugzeugmodell Reifenmodell Lenkungsmodell Ergebnis: Bodenmoment über Lenkwinkel 13 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

14 Anwendungen der Simulation Definition einer Überwachungsfunktion (Monitor-Auslegung) Gesamtflugzeugmodell mit Vorgabe von Flugzeug-Massenkonfiguration Triebwerksschub Seitenruderverhalten Aktive Lenkung geradeaus Fehlverhalten der Lenkung (Volleinschlag) Reaktion des Piloten Ergebnis: Trajektorie des Flugzeugs Aussage, ob Flugzeugschwerpunkt die maximal zulässige laterale Abweichung überschreitet 14 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

15 Anwendungen der Simulation Stabilitätsuntersuchung des Regelkreises Offener Regelkreis (Nichols-Diagramm) Geschlossener Regelkreis (Bode-Diagramm) 15 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

16 Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Zur Auslegung eines Lenkungssystems sind in der Entwurfs- und Detaillierungsphase verschiedenste Simulationsaufgaben durchzuführen (Design-Verifikation) In der Qualifikationsphase werden die Simulationsergebnisse mit Testergebnissen abgeglichen und die Modelle ggf. angepasst (Modellvalidierung) Der Nachweis der Produktanforderungen erfolgt dann über Simulation mit validierten Modellen (Qualification by Analysis) Ausblick Modellierung von elektrischen Komponenten (v. a. elektrohydraulische Antriebe) Systemsimulationen auf Flugzeugebene gewinnen an Bedeutung Echtzeit-Simulationsmodelle mit ausreichender Genauigkeit sind erforderlich 16 Entwicklung einer Bugfahrwerkslenkung

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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